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3种宽带IP主干网技术的比较----周海鹰 晏蒲柳

2/14/2005来源:交换设备人气:14740

3种宽带ip主干网技术的比较----周海鹰 晏蒲柳 摘要 网络信息量爆炸式增长和 IP技术的深入人心促进了宽带 IP主干网的出现和发展。 本文比较了 IP over ATM、IP over SDH和 IP over WDM 3种主流的主干网技术, 分析了三者间的特点和发展前景。 关键词 IP over ATM IP over SDH IP over WDM 1 概述 新一代宽带IP网络要建立在现有的网络技术基础上,建立在当前最先进的网络传输 技术基础上。典型的相关技术有IP over ATM、IP over SDH、IP overWDM等。 IP over ATM,融合了 IP和 ATM技术特点,发挥 ATM支持多业务、提供QoS(服务 质量保证)的技术优势。IP over SDH,直接在SDH上传送IP业务,对IP业务提供了完善支 持,提高了效率。而IP overWDM,采用高速路由交换机设备和 DWDM(密集波分复用)技 术,极大地提高了网络带宽,对不同码率、数据帧格式的业务提供全面支持。 2 宽带IP支持技术 2.1 IP over ATM IP over ATM的基本原理和工作方式为:将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元, 以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时,它首先根据IP 数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址处理,按路由转发。随后,按已计算的路由在 ATM网上建立虚电路(VC)。以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通(Cut-Thtough) 方式传输而不再经过路由器,从而有效地解决了IP的路由器瓶颈问题,并将IP包的转发速 度提高到交换速度。 IP over ATM分层模型与封装示意如图1所示。 实现IP over ATM,ITH-T SG-13组把相应的解决方案分为两种模型:重叠模型和集 成模型。 * 重叠模型。 重叠模型的实现方式主要有:IETF推荐的IPOA(CIPOA:Classic IP over ATM)、ATM Forum推荐的 LAN仿真(LANE:LAN Emulation)和多协议MPOA等(MPOA: Muti-PRotocol over ATM)。重叠技术的主要思想是:IP的路由功能仍由IP路由器来实现,需要地址解析 协议ARP实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。而其中MPOA不需要传统的路由 器,任何具有MPOA功能的主机或边缘设备都可以和另一设备通过ATM交换直接连接,并由边 缘设备完成包的交换即第三层交换.该技术标准完善成熟,采用ATM Forum/ITU-T的信令 标准,与标准的ATM网络及业务兼容。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部,子 网间的组播需通过传统路由器,因而对广播和多发业务效率较低。 * 集成模型 集成模型的实现技术主要有:Ipsilon公司提出IP交换(Ip Swtich)技术、Cisco公司 提出的标记交换(Tag Swtich)技术和 IETF推荐的 MPLS技术。集成模型的主要思想是:将 ATM层看成 IP层的对等层,将IP层的路由功能与 ATM层的交换功能结合起来,使IP网络获得 ATM的选路功能。ATM端点只需使用IP地址标识,从而不需要地址解析协议。该技术传输IP数 据包效率较高,且不需地址解析协议。但目前标准还未完成,与标准的 ATM技术结合不是很 好。从以上分析可以看出,IP over ATM具有以下特点: * 优点: (1)由于ATM技术本身能提供QoS保证,因此 可利用此特点提高IP业务的服务质量。 (2)具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力,网络可靠性高。 (3)适应于多业务,具有良好的网络可扩展能力。 (4)对其它几种网络协议如IPX等能提供支持。 * 缺点 (1)目前 IP over ATM还不能提供完全的 QoS保证。因为目前还没有一种标准方法实 现IP优先级(CoS)分类映射到ATM的QoS。 (2)对IP路由的支持一般,IP数据包分割加入大量头信息,造成很大的带宽浪费(20% ~30%)。 (3)在复制多路广播方面缺乏高效率。 (4)由于 ATM本身技术复杂,导致管理复杂。 2.2 IP over SDH IP over SDH以 SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用键路及PPP协议对IP 数据包进行封装,把IP分组根据RFC1662规范简单地插入到PPP帧中的信息段。然后再由SDH 通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净荷中,然后向下,经过SDH传输 层和段层,加上相应的开销,把净荷装入一个SDH帧中,最后到达光层,在光纤中传输。IP over SDH,也称Packet over SDH(PoS)它保留了IP面向无连接的特征,其分层模型与封装 示意如图2所示。 支持IP over SDH技术的协议、标准和草案主要有: · PPP协议 PPP协议(即IETF FRC1661: The Point-to-Point Protocol和RFC2153:PPP vendor Extension)是一个简单的OSI第二层网络协议。其标头只有两个字节,没有地址信息,只是 按点到点顺序,面向无连接。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧(符合RFC1662:PPP in HDL-C Link Framing)以满足映射到 SDH/Sonet帧结构(符合RFC1619;PPP overSDH)上的要求。 PPP协议信头的格式如图3所示。 ·简化的数据键路协议(SDL) 在IP/PPP/HDLC/SDH中,使用的基于HDLC的帧定界协议存在一些问题,主要表现在: 用户使用HDLC帧时,网管需要对每一个输入、输出字节都进行监视。当用户数据字节的编码 与标志字节相同时,网管需要进行填充、去填充操作。 为此,Lucent提出了简化数据键路协议SDL。SDL用户对同步或异步传送的可变长的IP 数据包进行高速定界,可适用于 OC-48/STM-16以上速率的 IP over SDH。SDL的帧格式如 图 4所示。 SDL协议主要应用于点到点的IP传送,可以用于任何类型的数据包(如IPv4、IPv6等)。 与HDLC相比,SDL更容易应用于高速链路,并且可能提供键路层的QoS。 从以上分析可以看出,IP over SDH具有以下特点: * 优点: (1)对IP路由的支持能力强,具有很高的IP传输效率。 (2)符合Internet业务的特点,如有利于实施多路广播方式。 (3)能利用SDH技术本身的环路,故可利用自愈合(Self-healing Ring)能力达到链路 纠错;同时又利用OSPF协议防止设备和键路故障造成的网络停顿,提高网络的稳定性。 (4)省略了不必要的ATM层,简化了网络结构,降低了运行费用。 * 缺点: (1)仅对IP业务提供好的支持,不适于多业务平台。 (2)不能像IP over ATM技术那样提供 较好的服务质量保障(QoS)。 (3)对IPX等其它主要网络技术支持有限。 2.3 IP over WDM IP over WDM,也称光因特网。其基本原理和工 作方式是:在发送端,将不同波长的光 信号组合(复用) 送入一根光纤中传输,在接收端,又将组合光信号分开 (解复用)并 送入不同终端。 IP over WDM是一个真 正的链路层数据网。在其中,高性能路由器通过光 ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤,由它控制波长接入、交换、选路和保护。IP over WDM的 帧结构有两种形式名DH帧格式和干兆以太网帧格式。Ipover WDM的重叠模型和封装示意图如 图 5所示。 支持IP over WDM技术的协议、标准、技术和草案主要有: * DWDM(密集波分复用) 一般峰值波长在1~10nm星级的WDM系统称为DWDM。在此系统中,每一种波长的光信号 称为一个传输通道(channel)。每个通道都可以是一路155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s甚至 10Gb/s的ATM或SDH或是千兆以太网信号等。 DWDM提供了接口的协议和速率的无关性,在一条光纤上,可以同时支持ATM、SDH和千 兆以太网,保护了已有投资,并提供了极大灵活性。 * SDH与千兆以太网帧格式比较 目前,主要网络再生设备大多采用SDH帧格式,此种格式下报头载有信令和足够的网络 管理信息,便于网络管理。但相较而言,在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割(SAR)处理 耗时,影响网络吞吐量和性能,且采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。 目前,在局域网中主要采用千兆以太网帧结构,此种格式下报头包含的网络状态信息 不多,但由于没有使用一些造价昂贵的再生设备,因而成本相对较低。由于使用的是“异步 ”协议,对抖动和时延不那么敏感。同时由于与主机的帧结构相同,因而在路由器接口上下 需对帧进行拆装分割(SAR)操作和为了使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。 从以上分析可以看出,IP over WDM具有以下特点: * 优点: (1)充分利用光纤的带宽资源,极大地提高了带宽和相对的传输速率。 (2)对传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、SDH/Sonet和 千兆以太网式的业务。 (3)不仅可以与现有通信网络兼容,还可以支持未来的宽带业务网及网络升级,并具有 可推广性、高度生存性等特点。 * 缺点: (1)目前,对于波长标准化还没有实现。一般取193。1THz为参考频率,间隔取100GHz。 (2)WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离。但在光域上加上开销和光信号 的处理础还不完善,从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。 (3)目前,WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式,还没有形成“光网”。 3 总结 通过以上的分析比较,我们可以发现,在高性能、宽带的 IP业务方面,IP over SDH技 术由于去掉了ATM设备,投资少、见效快而且线路利用率高。因而就目前而言,发展高性能IP 业务,IP over SDH是较好选择。而IP over ATM技术则充分利用已经存在的ATM网络和技术, 发挥ATM网络的技术优势,适合于提供高性能的综合通信服务,因为它能够避免不必要的重复 投资,提供Voice、 Video、 Data多项业务,是传统电信服务商的较好选择。对于 IP overW- DM技术,它能够极大地拓展现有的网络带宽,最大限度地提高线路利用率,并且在外围网络以 千兆以太网成为主流的情况下,这种技术能真正地实现无缝接入。应该说,IP overWDM将代表 着宽带IP主干网的明天。